WO2014183746A4 - Verfahren zur herstellung von in ein gehäuse hermetisch dicht einlötbaren fensterelementen und danach hergestellte freiformfensterelemente - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in ein Gehäuse hermetisch dicht einlötbaren Fensterelementen mit optischer Beschichtung und nach dem Verfahren hergestellte Freiformfensterelemente. Die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zur Herstellung von in ein Gehäuse hermetisch dicht einlötbaren optischen Fensterelementen mit optischer Beschichtung zu finden, die eine dauerhaft zuverlässige gas- bzw. vakuumdichte Lötverbindung mit einem metallischen Gehäuse gestatten, wird erfindungsgemäß gelöst, indem nach dem übliche Auftragen optischer Beschichtungen (2) eine Schutzschicht (3) im Sinne einer ätzbaren Opferschicht auf die optische Beschichtung (2) aufgetragen wird, mittels eines Bearbeitungsstrahls (4) energiereicher Strahlung beide Schichtsysteme (2, 3) selektiv entfernt werden um für Fensterelemente mit beliebiger geometrischer Gestalt eine gewünschte optisch wirksame Freiformfläche (61) in deren Randbereichen (62), durch lokale Bearbeitung abzutragen, sodass die Schutzschicht auf der optischen Beschichtung als Lift-off-Maske zurückbleibt, die nach dem Auftragen einer Metallisierung (7) für eine Lötschicht (8) durch einen Ätzprozess, der selektiv nur die Schutzschicht, aber nicht die optische Beschichtung angreift, geliftet wird und die Metallisierung nur auf den die Freiformflächen umschließenden peripheren Randbereichen (62) erhalten bleibt.
Claims
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
beim Internationalen Büro eingegangen am 08. Dezember 2014 (08.12.2014)
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von in ein Gehäuse (9) hermetisch dicht einlötbaren Fensterelementen (6), bei dem optisch durchlässiges, flaches Trägermaterial (1), dessen Größe ausreichend ist für eine Vielzahl von Fensterelementen (6), nacheinander mit folgenden Schritten bearbeitet wird:
a) Auftragen wenigstens einer optischen Beschichtung (2) auf mindestens eine Fläche des optisch durchlässigen, flachen Trägermaterials (1),
b) Beschichten der optischen Beschichtung (2) mit einer Schutzschicht (3), die eine ätzbare Schicht im Sinne einer Opferschicht ist,
c) selektives Entfernen der Schutzschicht (3) und der optischen Beschichtung (2) von dem Trägermaterial (1), indem für Fensterelemente (6) mit beliebiger geometrischer Gestalt mindestens eine gewünschte optisch wirksame Freiformfläche (61) in Randbereichen (62), welche die mindestens eine optisch wirksame Freiformfläche (61) peripher umschließen, durch lokale Bearbeitung mittels eines gerichteten Bearbeitungsstrahls (4) energiereicher Strahlung abgetragen wird, sodass die Schutzschicht (3) auf der optischen Beschichtung (2) als eine Maske zurückbleibt, welche die mindestens eine gewünschte optisch wirksame Freiformfläche (61) vollständig abdeckt, d) Abtragen eines Teils des Trägermaterials (1) entlang des lokal bearbeiteten peripheren Randbereichs (62) mittels des gerichteten Bearbeitungsstrahls (4) energiereicher Strahlung, sodass mindestens eine abgesenkte Stufe (11 , 12) definierter Rauigkeit in dem lokal bearbeiteten Randbereich (62) des Trägermaterials (1) entsteht, wobei die mindestens eine Stufe (11) mehr als die einfache Schichtdicke der optischen Beschichtung (2) unterhalb eines von der optischen Beschichtung (2) belegten Höhenniveaus des Trägermaterials (1) liegt,
e) Beschichten einer Oberfläche des Trägermaterials (1), welche die von der Schutzschicht (3) abgedeckte optische Beschichtung (2) und den lokal bearbeiteten peripheren Randbereich (62) des mindestens einen Fensterelements (6) aufweist, durch überdeckende Metallisierung (7) der besagten Oberfläche mit einem Lötschichtsystem (71),
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
27
f) Ablösen der Metallisierung (7) über der optischen Beschichtung (2) durch einen Ätzprozess, der selektiv nur die Schutzschicht (3), aber nicht die optische Beschichtung (2) und nur minimal das Lötschichtsystem (71) angreift, sodass die auf der Schutzschicht (3) haftende Metallisierung (7) des Lötschichtsystems (71) durch Unterätzung gelittet wird und das Lötschichtsystem (71) nur auf den lokal bearbeiteten, die optisch wirksamen Freiformflächen (61) umschließenden peripheren Randbereichen (62) erhalten bleibt und
g) Ausschneiden einzelner Fensterelemente (6) aus dem Trägermaterial (1) entlang von Trennlinien (43) durch den gerichteten Bearbeitungsstrahl (4)
entweder nach dem Schritt f) des Ablösens der Metallisierung (7)
oder bereits nach dem Schritt d) des Abtragens der Randbereiche (62) der
Fensterelemente (6).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als gerichteter Bearbeitungsstrahl (4) ein Laserstrahl, ein Partikelstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mittels des gerichteten Bearbeitungsstrahls (4) energiereicher Strahlung beim Abtragen des lokal bearbeiteten peripheren Randbereichs (62) des Trägermaterials (1) die mindestens eine abgesenkte Stufe (11 , 12) in einem inneren und einem äußeren Kantenbereich mit gerundeten Kanten (13) mit Radien (R) zwischen 50 und 150 μηα erzeugt wird, um in Schritt e) durch das vollständige Beschichten mit dem Lötschichtsystem (71) eine spannungsarme Metallisierung (7) des lokal bearbeiteten peripheren Randbereichs (62) sowie einen zusätzlichen Kantenumgriff für ein später angewendetes Lot zu erhalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der lokal bearbeitete Randbereich (62) mittels eines Reinigungsprozesses von losem und locker anhaftendem Material befreit und eine Rauigkeit der Oberfläche eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Rauigkeit höchstens Ramax = 2,5 μηη beträgt.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
28
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Reinigungsprozess durch eine Strahlbearbeitung mittels Laserstrahl, Partikelstrahl, Elektronenstrahl, Glasperlenstrahl oder Ätzflüssigkeitsstrahl erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ausschneiden der Fensterelemente (6) erfolgt, indem das Trägermaterial (1) entlang der Trennlinien (43) von der Vorderseite her durchtrennt wird, wobei die Vorderseite die für die lötfähige Metallisierung (7) vorgesehene Oberfläche des Trägermaterials (1) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor dem Durchtrennen des Trägermaterials (1) zu den Trennlinien (43) korrespondierend verlaufende Schwächungen an der Rückseite des Trägermaterials (1) eingebracht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Haltesubstrat (5) bereitgestellt und das Trägermaterial (1) vor dem Durchtrennen auf dem Haltesubstrat (5) vermittels eines Haftmittels je Fensterelement (6) angeheftet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Vereinzeln der im Schritt g) bereits aus dem Trägermaterial (1) ausgeschnittenen Fensterelemente (2) durch Ablösen der Fensterelemente (2) von dem Haltesubstrat (5) erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Ausschneiden der Fensterelemente (6) mittels eines gerichteten Bearbeitungsstrahls (4) energiereicher Strahlung durch ein mehrfaches Überfahren der Trennlinien (43) mit dem gerichteten Bearbeitungsstrahl (4) erfolgt und dabei gerundete Kanten (13) mit Radien (R) entlang der Trennlinien (43) erzeugt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei beim Ausschneiden der Fensterelemente (6) durch ein mehrfaches Überfahren der Trennlinien (43) mit dem gerichteten Bearbeitungsstrahl (4) zusätzlich zu den gerundeten Kanten (13) nach innen gegen eine Oberflächennormale des Fensterelements (6) geneigte abgeschrägte Seitenflächen (14) erzeugt werden.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
29
13. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Ausschneiden der Fensterelemente (6) durch ein mehrfaches Überfahren der Trennlinien (43) mit dem gerichteten Bearbeitungsstrahl (4) direkt im Zusammenhang mit dem durch den gerichteten Bearbeitungsstrahl (4) erzeugten Abtragen der abgesenkten Stufe (11) des Trägermaterials (1) erfolgt und dabei die gerundeten Kanten (13) mit den Radien (R) im zwei- bis dreistelligen Mikrometerbereich entlang der Trennlinien (43) erzeugt werden.
H.Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als eine Abschlussschicht der optischen Beschichtung (2) eine Siliziumnitrid-, Zinksulfid- oder eine DLC (Diamond-Like Carbon)-Schicht oder eine Schicht aus einem Oxid von Silizium, Magnesium, Aluminium oder eine Schicht aus einem Fluorid von Yttrium, Ytterbium, Barium oder eine Halbleiterschicht aus Germanium oder Silizium verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Schutzschicht (3) eine metallische Schutzschicht (3) auf die optische Beschichtung (2) aufgetragen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schutzschicht (3) mit mindestens einem der metallischen Materialien aus der Gruppe Aluminium und Aluminiumlegierungen, wie Aluminium-Silizium-, Aluminium-Magnesium-, Aluminium-Lithium-Legierungen, und Nickel und Nickel-Eisen-Legierungen, erzeugt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die metallische Schutzschicht (3) vor der Überdeckung mit dem Lötschichtsystem (71) durch eine Polymerschicht ergänzt wird, wenn bei dicken Lötschichtsystemen (71) der Lift-off-Prozess erleichtert werden soll.
18. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Schutzschicht (3) eine Polymerschicht auf die optische Beschichtung (2) aufgetragen wird.
19. Freiformfensterelemente für beliebig geformte Öffnungen eines Gehäuses (9) zum hermetisch dichten Einlöten in das Gehäuse (9) mit wenigstens einer optischen Beschichtung (2) auf mindestens einer Fläche eines optisch durchlässigen, flachen Trägermaterials (1), mit einer abgesenkten Stufe ( ) definierter Rauigkeit in einem
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
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die mindestens eine optisch wirksame Freiformfiäche (61) peripher umschließenden Randbereich (62), wobei die eine Stufe (11) mehr als die einfache Schichtdicke der optischen Beschichtung (2) unterhalb eines von der optischen Beschichtung (2) belegten Höhenniveaus des Trägermaterials (1) liegt, mit einer weiteren abgesenkten Stufe (12), die im äußeren Randbereich (62) erzeugt ist, und die eine Stufe (11) und die weitere Stufe (12) durch eine Metallisierung (7) in Form eines Lötschichtsystems (71) überdeckt sind [S. 4, Abs. 2].
20. Freiformfensterelemente nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine abgesenkte Stufe (11) in einem inneren und einem äußeren Kantenbereich gerundete Kanten (13) mit Radien (R) zwischen 50 und 150 pm aufweist.
21. Freiformfensterelemente nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Lötschichtsystem (71) im Randbereich (62) um die optisch wirksame Freiformfläche (61) des Fensterelements (6) die Stufe (11) in einem planaren Lötbereich von 50 pm - 200 pm und im äußeren Randbereich (62) die weitere Stufe (12) im Bereich von 200 pm - 500 pm erzeugt wird.
22. Verwendung der Freiformfensterelemente nach einem der Ansprüche 19 bis 21 für beliebig geformte Öffnungen eines Gehäuses (9) zur Herstellung von gas- oder vakuumdichten optoelektronischen oder elektro-optischen Bauelementen.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
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